LABORATORIO FISICA III: RELACION CARGA MASA.

PRESENTADO POR:

JUAN CARLOS CAICEDO JARADIEGO FERNANDO VALENCIASTEFANIA JIMENEZ VALENCIA

GRUPO 802.

INSTITUCION UNIVERSITARIA ANTONIO JOSE CAMACHOSANTIAGO DE CALI JUNIO 16 DEL 2015.LABORATORIO FISICA III: RELACION CARGA MASA.

PRESENTADO A:

JULIAN ANGEL.

INSTITUCION UNIVERSITARIA ANTONIO JOSE CAMACHOSANTIAGO DE CALI JUNIO 16 DEL 2015.

INTRODUCCION.

Se estudi experimentalmente el movimiento de cargas Elctricas en campos elctricos y magnticos, es decir el comportamiento de electrones libres en movimiento bajo la accin de campos elctricos y magnticos, se midi la relacin de carga-masa del electrn, calentando el filamento dentro de una bombilla algena productor de electrones, se estableci una diferencia de potencial acelerador y luego se alimentan las Bobinas de Helmholtz lo que hace que la corriente suministrada produzca una reaccin en los electrones y efecta una trayectoria circular.

RELACION CARGA - MASA.

El descubrimiento del carcter corpuscular de la carga elctrica se le asigna al fsico ingls J.J. Thomson. Dicho descubrimiento lo realiz en 1897 experimentando con un tubo de vaco semejante a los actuales tubos de un televisor. Dentro del tubo, conteniendo una pequea cantidad de gas, coloc dos lminas metlicas situadas una frente a la otra (ctodo y nodo) y aplic una tensin elctrica entre ellas. Thomson comprob que del ctodo salan unos rayos a gran velocidad (rayos catdicos), que atravesaban el nodo (si en ste se practicaba un agujero) y que producan un pequeo destello al llegar a una pantalla fluorescente. Sometiendo los rayos a campos elctricos y magnticos comprob que se comportaban de la misma manera independientemente del gas que se colocase en el tubo, y demostr que estaban formados por partculas cargadas, a las que bautiz con el nombre de electrones, pudiendo determinar su relacin carga-masa.NACIO: 18 de diciembre 1856.MURIO: 30 de agosto 1940 (Edad 83)

Larelacin carga- masa(Qm) es unamagnitud fsicausada en laelectrodinmicade las partculascargadas. Como implica su nombre la relacin carga - masa de un objeto resulta de dividir la masadel objeto entre sucarga elctrica.

ElCODATArecomend en 2010 un valor para elELECTRN, de eme= 1,602*10-19 /9,10*10-31 = 1,758820088391011C/kg.2

CODATA(Comit de Informacin para Ciencia y Tecnologa

Una carga elctrica q, bajo la accin de un campo elctrico esttico E, experimenta una fuerza FE dada por:(1)

De ah, que conocido el campo elctrico y utilizando la segunda Ley de Newton, es posible determinar el movimiento de una partcula cargada en un campo elctrico. Sin embargo, el estudio de esta situacin es ms sencillo si se efecta en trminos del potencial elctrico V. Puesto que se trata de un sistema conservativo basta aplicar el principio de Conservacin de la energa mecnica:(2)qV=K

Expresin que permite conocer el cambio de energa cintica K que sufre la partcula en trminos de la diferencia de potencial V a travs de la cual se acelera; en especial, si la carga esta inicialmente en reposo, su velocidad final vf estar dada por:(3)

Donde m es la masa de la partcula.

Cuando una partcula ingresa con velocidad a una zona donde existe un campo magntico,experimenta una fuerza dada por:

Si el campo magntico es uniforme y la carga incide perpendicular al campo, ella describir una trayectoriaCircular.De acuerdo con la segunda ley de Newton;(5)

Donde R es el radio de la trayectoria. Si la partcula ha adquirido su velocidad acelerndola desde el reposo a travs de una diferencia de potencial V se tiene, reemplazando (3) en (5):(6)

En donde(7)

As pues, la relacin q=m de una partcula puede determinarse obligndola a seguir una trayectoria circular en un campo magntico uniforme B, despus de haberla acelerado a travs de una diferencia de potencial V. Obsrvese que la relacin q=m depende del potencial acelerador V, el campo magntico B y el radio R de la trayectoria.

Para el laboratorio de fsica lo que hicimos fue:PROCEDIMIENTO Para estudiar la medicin de la relacin carga masa del electrn:1. Calentamos el filamento productor de electrones prendiendo la fuente correspondiente (que proporciona un voltaje de 6,3 V). Observamos que el filamento se enrojece.

2. Establecimos una diferencia de potencial acelerador (mayor de 100 V) que nos permiti observar el haz de electrones como un rayo visible (la coloracin se debe a que los electrones chocan con los tomos de helio, los cuales despus de ganar energa, decaen emitiendo luz).

3. Encendimos la fuente que alimenta las bobinas y esperamos unos minutos. Poco a poco aumente el voltaje (entre 6 y 10 V) y la corriente que suministra la fuente, observamos que los electrones efectan una trayectoria circular, es decir que a medida que aumenta el campo magntico se crea la trayectoria circular por la fuerza centrpeta ya que esta fuerza acta sobre el haz de electrones y la dirige hacia el Centro.

En estas imgenes podemos observar como inicia el haz de electrones y la trayectoria circular q se forma al variar el voltaje dejando la corriente fija o variando la corriente dejando el voltaje fijo: El proyecto est conformado por:1. Tubo e/m: El sistema productor y acelerador de electrones se encuentra dentro de este tubo de vidrio que contiene helio a baja presin.

2. Bobinas de Helmholtz: Un par de bobinas circulares de igual radio a, cuyos centros estn separados esta misma distancia a. Cuando circula una corriente I por las bobinas, se establece un campo magntico aproximadamente uniforme en la parte central de ellas.

3. Espejo graduado: Esta en la parte posterior de las bobinas. Se ilumina automticamente cuando empieza el proceso de produccin de electrones.

Fig. 1. Montaje para realizar la prctica carga/masa.

La figura muestra la forma como deben conectarse las fuentes para suministrar energa al sistema productor, acelerador de electrones y a las bobinas; tambin se muestran el voltmetro y el ampermetro (lo usemos en la escala de amperios) para medir el potencial acelerador y la corriente en las bobinas respectivamente.

Fig. 2. Montaje para realizar la prctica carga/masa.

4. Fijamos la corriente de las bobinas y variamos el voltaje acelerador, alineamos el haz de electrones y medimos el radio obtenemos la siguiente tabla:

Tabla 1. Datos de aceleracin de los electores producidos por el calentamiento del filamento al variar el voltaje

Valor fijo de Corriente AVoltaje de aceleracin de electrones VR. de trayectoria Circular en laboratorio cm.

1.082095,7

1.081995,5

1.081895,4

1.081795,2

1.081694,9

1.081594,8

5. Fijamos el voltaje y variamos la corriente de las bobinas , alineamos el haz de electrones y medimos el radio obtenemos la siguiente tabla:Tabla 2. Datos de aceleracin de los electores producidos por el calentamiento del filamento al variar la corriente

Valor fijo de Voltaje VCorriente de aceleracin de electrones ARadio de Trayectoria Circular cm

81,125,2

81,24,9

81,334,5

81,424,2

81,623,8

81,833,5

De la ecuacin sacamos una relacin con la ecuacin , por lo tanto podemos afirmar que:

Obteniendo los resultados de la tabla 4.

Grafica 3. Comparacin del radio tomado en el laboratorio y el radio calculado con la formula.

Para hallar el radio usamos la siguiente formula: R= Siendo m: Masa del electrn.V: La velocidad de la carga.Q: la carga del electrn,B: El campo.

DISCUSIN DE LOS RESULTADOS

Aunque los resultados de las mediciones se realizaron exhaustivamente se presentaron factores negativos influyentes a la hora de realizar dichas medidas al radio del haz de electrones, una de las principales contras para el ejercicio fue la luz exterior al tubo q/m, para contra restar esta negativa se disminuy ala mximo el ingreso de luz a las bobinas y el tubo q/m.Se realizaron las medidas al has de electrones a una distancia de alejamiento constante para no influir en su resultado obteniendo as un 90% de exactitud en los clculos realizadosPara lograr este estudio enfocado a los electrones fue necesario poner en juego otras variables en conjunto tales como: la aceleracin potencial la cual nos permita darle una aceleracin menor o mayor gradundole as su intensidad visualmente, la siguiente variable y no menos importante es la corriente en la bobinasLa cual nos produce el campo elctrico que hace posible la visual de los electrones.

CONCLUSIONES

*Gracias a este instrumento podemos estudiar el movimiento de cargas elctricas en campos elctricos y magnticos.*midiendo el rea del haz de electrones y el voltaje acelerador, con una corriente constante podemos hallar la relacin de *para poder desarrollar tranquilamente esta prctica necesitamos estar en oscuras para poder ver mejor el haz de electrones.

REFERENCIAS

[1] UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIADepartamento de Fsica, Fundamentos de Electricidad y Magnetismo, Gua de laboratorio No 14[2] JUAN CARLOS BURBANO

[3] PROFESOR JULIAN ANGEL.Gua E3-01 Relacin Carga- Masa.ANEXO

Laboratorio con potencial acelerador:

Estas son unas de la imgenes que tomamos cada da del laboratorio aunque no todos estos voltajes los tomamos para nuestros clculos, fueron varios datos que tomamos y escogimos cuales iban a ser de la prctica.